کاربردهای رایج دیودها در سیستم های ذخیره انرژی خانگی چیست؟

1، حفاظت ضد اتصال معکوس: ساخت اولین خط دفاع برای امنیت سیستم
رابط شارژ سیستم ذخیره انرژی خانه باید با چندین ورودی برق (مانند پنل های فتوولتائیک خورشیدی، شمع های شارژ شبکه) سازگار باشد. اگر کاربر به طور تصادفی قطبیت منبع تغذیه را معکوس کند، ممکن است باعث سوختن اجزای اصلی مانند سیستم مدیریت باتری (BMS) و اینورتر شود. طرح سنتی ضد اتصال معکوس از رله های مکانیکی یا ترانزیستورهای MOS استفاده می کند، اما دارای معایبی مانند سرعت پاسخ پایین، هزینه بالا و قابلیت اطمینان پایین است. دیودهای شاتکی، با افت ولتاژ فوق العاده پایین (Vf) 0.2-0.5V و سرعت پاسخ نانوثانیه، به جزء ارجح برای حفاظت ضد معکوس تبدیل شده اند.

با در نظر گرفتن یک نام تجاری خاص از سیستم ذخیره انرژی روی هم به عنوان مثال، مدار شارژ آن از دیود شاتکی MBR1045CT (Vf{1}}V, IFSM=100A) استفاده می‌کند. در مسیر شارژ بسته باتری 5.12 کیلووات ساعتی، حتی اگر ولتاژ ورودی معکوس شود، دیود می تواند به سرعت قطع شود و جریان معکوس را به میکرو آمپر محدود کند. در عین حال، ویژگی‌های تلفات هدایت کم آن باعث کاهش بازدهی تنها 0.6٪ در هنگام شارژ عادی سیستم می‌شود. به‌علاوه، برخی از سیستم‌های پیشرفته{8}از طرح ترکیبی "دیود+لوله MOS" استفاده می‌کنند تا در حالت آماده‌باش انرژی کم{10} داشته باشند و در عین حال از اتصال معکوس جلوگیری می‌کنند و کارایی انرژی را بهینه می‌کنند.

2، یکسوسازی و تثبیت ولتاژ: دستیابی به تبدیل کارآمد اشکال انرژی
یکی از عملکردهای اصلی یک سیستم ذخیره انرژی خانگی تبدیل جریان متناوب (AC) به جریان مستقیم (DC) و ذخیره آن در باتری و تبدیل جریان DC به برق AC برای بارهای خانگی در هنگام تخلیه است. در طول این فرآیند، دیود یکسو کننده و دیود تنظیم کننده ولتاژ با هم کار می کنند تا از کارایی و پایداری تبدیل انرژی اطمینان حاصل کنند.

مدار یکسوسازی: در مرحله ورودی اینورتر فتوولتائیک، مدار یکسوسازی موج کامل از چهار دیود یکسو کننده 1N4007 (مقاوم در ولتاژ 1000 ولت، جریان نامی 1A) برای تبدیل خروجی DC ضربان دار از پانل فتوولتائیک به یکنواخت DC استفاده می کند و ورودی DC پایداری را برای زیر DC{4} DC ارائه می کند. داده های تجربی نشان می دهد که اینورتر با استفاده از این طرح می تواند بازده یکسوسازی 98.5٪ را هنگام کار در بار کامل به دست آورد، که 1.2٪ بیشتر از مدارهای یکسو کننده پل سنتی است.
مدار تنظیم کننده ولتاژ: در ماژول مانیتورینگ ولتاژ BMS، یک مدار تنظیم کننده ولتاژ ساده با اتصال یک دیود زنر (مثل نوع 2CW13، با مقدار تنظیم کننده ولتاژ 6 ولت) به صورت سری با یک مقاومت محدود کننده جریان تشکیل می شود. هنگامی که ولتاژ باتری به دلیل شارژ بیش از حد یا افزایش دما نوسان می کند، دیود زنر به سرعت خراب می شود و هدایت می شود، ولتاژ را در محدوده ایمن می بندد و مدار نمونه برداری ADC پایین دست را از ضربه ولتاژ بالا محافظت می کند. یک آزمایش مشخص نشان می دهد که این طرح می تواند خطای نمونه برداری ولتاژ BMS را از 0.5 ± 0.1 درصد کاهش دهد و به طور قابل توجهی دقت تخمین SOC باتری را بهبود بخشد.
3، جریان مداوم و بازیابی انرژی: بهینه سازی مدیریت توان بارهای القایی
بارهای القایی (مانند سیم پیچ های رله، موتورها، شیرهای برقی و غیره) به طور گسترده در سیستم های ذخیره انرژی خانگی وجود دارند و نیروی الکتروموتور برگشتی ایجاد شده هنگام خاموش شدن آنها ممکن است به اجزای سوئیچینگ آسیب برساند. دیود چرخ آزاد مسیر آزادسازی انرژی را برای بارهای القایی فراهم می کند، به طور موثری اوج نیروی الکتروموتور برگشتی را سرکوب می کند و بازیابی انرژی را به دست می آورد.

با در نظر گرفتن مدار درایو قفل الکترومغناطیسی یک مارک خاص از قفل درب هوشمند، از یک دیود شاتکی 1N5819WS (Vf=0.3V, Trr=10ns) استفاده می‌کند که به صورت موازی در هر دو انتهای قفل الکترومغناطیسی متصل شده است. هنگامی که قفل درب خاموش می شود، دیود یک مدار آزاد برای جریان باقیمانده در سیم پیچ ایجاد می کند و اوج نیروی الکتروموتور برگشتی را از 120 ولت به زیر 40 ولت سرکوب می کند و از ترانزیستور MOS محرک در برابر خرابی محافظت می کند. علاوه بر این، در مدار BOOST اینورتر فتوولتائیک، دیود چرخ آزاد (مانند MBR20100CT، Vf{9}}V) مسیر آزادسازی را برای ذخیره انرژی القایی در طول دوره خاموشی لوله سوئیچینگ فراهم می‌کند و بازده تبدیل مدار را از 92% به 95% افزایش می‌دهد.

4، کنترل منطقی و جداسازی سیگنال: افزایش سطح هوش سیستم
با توسعه سیستم های ذخیره سازی انرژی خانگی هوشمند و شبکه ای، نقش دیودها در کنترل منطقی و جداسازی سیگنال به طور فزاینده ای برجسته می شود.

کنترل منطقی: در مدار کنترل متعادل BMS، دیودها می توانند یک منطق ساده "AND gate" بسازند. به عنوان مثال، زمانی که ولتاژ چندین سلول باتری بالاتر از آستانه تنظیم شده است، دیود مربوطه هدایت می شود و مدار متعادل کننده را شروع می کند تا از خطر شارژ بیش از حد جلوگیری شود. با توجه به داده های تجربی، زمان پاسخ مدار یکسان سازی با استفاده از منطق دیود در مقایسه با طرح کنترل MCU 80٪ کاهش می یابد و نیازی به برنامه نویسی نرم افزاری نیست که به طور قابل توجهی قابلیت اطمینان را بهبود می بخشد.
جداسازی سیگنال: در رابط ارتباطی سیستم ذخیره انرژی (مانند باس CAN، RS485)، دیودها می توانند بین سیگنال های دیجیتال و سیگنال های آنالوگ ایزوله شوند. به عنوان مثال، در مدار ارتباطی RS485 یک اینورتر فتوولتائیک، یک دیود سوئیچینگ 1N4148 (Trr{5}}ns) پایانه‌های مثبت و منفی سیگنال دیفرانسیل را جدا می‌کند تا از تداخل نویز حالت معمولی جلوگیری کند، و نرخ خطای ارتباطی را از 10-3 به 10 بین سکوی مانیتورینگ و تبادل داده‌های ابری قابل نظارت کاهش می‌دهد.